宽轨电力机车动力学仿真分析与研究

宽轨电力机车动力学仿真分析与研究

陈吉永

（中车大同电力机车有限公司 研究院，山西 大同 037038）

摘  要：本文以БКГ－2型机车在白俄罗斯铁路上实测得到的机车动力学指标为基础，对БКГ－2型机车进行动力学仿真计算，优化轨道谱，使仿真计算结果与实测结果相接近，研究成果可推广应用到后续出口白俄罗斯的宽轨机车动力学仿真计算中，一定程度上弥补了白俄罗斯运营线路数据缺失的问题，使仿真计算结果更贴合实际运用状态。

关键词：宽轨机车；动力学；轨道谱

中车大同电力机车有限公司( 以下简称中车大同公司)曾向白俄罗斯先后出口两批宽轨电力机车，分别是БКГ－1型八轴货运电力机车和БКГ－2型六轴货运电力机车( 以下简称БКГ－2型机车)，均在白俄罗斯铁路上完成了机车整车所有认证试验项目，试验结果均符合相关标准的要求，运用口碑良好[1-2]。

中车大同公司在既有宽轨电力机车基础上，于2019年开始承担山西省科技重大专项《宽轨电力机车关键技术及系统集成》（20181102002），包括课题《适应1520mm轨距转向架技术研究及应用》，本文是该项目研究成果的一部分，针对宽轨电力机车系统动力学难点进一步深入研究。

1车辆系统动力学的难点

车辆系统特有的轮轨系统、运营环境具有随机性和不确定性，再加上机械系统常见的强非线性、高频振动等问题，使车辆系统动力学研究具有一定难度[3]。

运营环境方面，国内运营线路经过多年的车辆动力学试验和轨道谱实测，部分线路已经有足够的线路数据可应用于动力学仿真计算中，能够很好的模拟车辆在实际线路的运营状态。而宽轨电力机车均为出口机车，国内没有可用于宽轨电力机车上线试验的线路，无法在出口前验证宽轨电力机车动力学性能，国外运营线路实测数据基本处于空白状态，可搜集到的宽轨电力机车动力学试验资料也很少，这大大增加了宽轨电力机车系统动力学的研究难度，同时也说明宽轨电力机车系统动力学深入研究的必要性。

2动力学仿真分析与研究

2.1模型建立

运用SIMPACK仿真软件建立БКГ－2型机车仿真计算模型，见图1。

图1 仿真计算模型

2.2初步仿真分析与对比

为排除曲线超高值设置的不同对计算结果的影响，选取直线工况作为模型验证与优化的计算工况。

初步分析时轨道不平顺采用动力学计算常用的美国五级谱，见图2。按ГОСТ Р 55364标准计算车轮防脱轨稳定性系数、一系悬挂动荷系数、二系悬挂动荷系数、横向动荷系数、垂向平稳性指标和横向平稳性指标[4]，仿真计算结果与该机车在白俄罗斯实际线路测试指标进行对比，结果见图3。

采用美国五级谱进行动力学计算的结果与实际测试的结果相差较多，不能代表机车在白俄罗斯实际运用的运行状态。

a）左轨横向不平顺        b）左轨高低不平顺

c）右轨横向不平顺        d）右轨高低不平顺

图2 美国五级谱不平顺

a）车轮防脱轨稳定性系数        b）横向动荷系数

c）一系悬挂动荷系数        d）二系悬挂动荷系数

e）横向平稳性指标        f）垂向平稳性指标

图3 仿真计算结果对比

2.3轨道谱优化研究与仿真对比分析

结合2.2节仿真计算对比结果，将计算用轨道谱进行不断优化并计算比较，最终优化后的轨道谱见图4，采用优化后的轨道谱进行仿真计算，计算结果及对比见图5，总体而言仿真结果与实测结果的变化规律较为一致，数值略有差异，用优化后的轨道谱进行动力学计算在一定程度上可以代表实际机车的运行状态。

a）左轨横向不平顺                  b）右轨横向不平顺

c）左轨高低不平顺                  d）右轨高低不平顺

图4 优化后的轨道谱不平顺

a）车轮防脱轨稳定性系数        b）横向动荷系数

c）一系悬挂动荷系数        d）二系悬挂动荷系数

e）横向平稳性指标        f）垂向平稳性指标

图5 仿真计算结果对比

3 结语

白俄罗斯是中车大同公司宽轨电力机车主要出口国家，本文以БКГ－2型机车在白俄罗斯铁路上实测得到的机车动力学指标为基础，对БКГ－2型机车动力学仿真计算中使用的轨道谱进行优化，使仿真计算结果与实测结果相接近，较真实的体现机车实际运行状态。

优化后的轨道谱可推广应用到后续出口白俄罗斯的宽轨电力机车动力学仿真计算中，一定程度上弥补了白俄罗斯运营线路数据缺失的问题，使仿真计算结果更贴合实际运用状态。考虑到车辆动力学试验具有随机性，有时同一车辆连续多次通过同一地点的试验得到的结果都可能存在很大差异，建议设计时动力学仿真计算结果要有一定安全余量。

参考文献：

[1] 仝雷，原志强，郭迎春．БКГ－1型交流传动电力机车［J］．机车电传动，2013，(2) : 64－66．

[2] 郭迎春,崔岚. БКГ－2型交流传动电力机车［J］. 铁道机车与动车，2020，(9)：1-4.

[3] 罗仁，石怀龙.高速列车系统动力学［M］.成都：西南交通大学，2019.

[4] ГОСТ Р 55364: 2012，电力机车通用技术条件［S］．

作者简介： 

基金项目：山西省科技重大专项

项目名称（编号）：宽轨电力机车关键技术及系统集成（编号：20181102002）

作者：陈吉永，1989年7月生，黑龙江省鹤岗人，学士学位，工程师，研究方向为机车转向架设计与分析